• 한국환경과학회지
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• 제28권2호
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• pp.219-224
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• 2019

In this study, we evaluated the energy production from plant-microbial fuel cells using representative indoor plants, such as Scindapsus aureus and Clatha minor. The maximum power density of microbial fuel cell (MFC) using S. aureus ($3.36mW/m^2$) was about 2 times higher than that of the MFC using C. minor ($1.43mW/m^2$). It was confirmed that energy recovery is possible using plant-MFCs without fuel. However, further research is needed to improve the performance of plant-MFCs. Nevertheless, plant-MFCs have proved their potential as a novel energy source to overcome the limitations of the conventional renewable energy sources such as wind power and solar cells, and could be employed to a power source for the sensor in charge of the fourth industrial revolution.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권12호
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• pp.1707-1718
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• 2014

In this study, the phylogenetic diversities of bacterial and archaeal communities in a plant-microbial fuel cell (P-MFC) were investigated together with the environmental parameters, affecting its performance by using rice as a model plant. The beneficial effect of the plant appeared only during a certain period of the rice-growing season, at which point the maximum power density was approximately 3-fold higher with rice plants. The temperature, electrical conductivity (EC), and pH in the cathodic and anodic compartments changed considerably during the rice-growing season, and a higher temperature, reduced difference in pH between the cathodic and anodic compartments, and higher EC were advantageous to the performance of the P-MFC. A 16S rRNA pyrosequencing analysis showed that the 16S rRNAs of Deltaproteobacteria and those of Gammaproteobacteria were enriched on the anodes and the cathodes, respectively, when the electrical circuit was connected. At the species level, the operational taxonomic units (OTUs) related to Rhizobiales, Geobacter, Myxococcus, Deferrisoma, and Desulfobulbus were enriched on the anodes, while an OTU related to Acidiferrobacter thiooxydans occupied the highest proportion on the cathodes and occurred only when the circuit was connected. Furthermore, the connection of the electrical circuit decreased the abundance of 16S rRNAs of acetotrophic methanogens and increased that of hydrogenotrophic methanogens. The control of these physicochemical and microbiological factors is expected to be able to improve the performance of P-MFCs.

• 대한환경공학회지
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• 제35권12호
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• pp.973-977
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• 2013

이 연구는 전기화학적 활성을 갖는 미생물들을 알아내기 위하여 농화배양 단계에서 시간에 따라 미생물연료전지의 미생물 군집 변화를 알아본 것이다. 접종원으로 하수처리장 혐기 소화액와 가축분뇨를 1 : 1로 혼합한 액을 사용하였다. 농화배양 과정에서 미생물 생장곡선에 따라 지체기, 대수성장기 그리고 정지기로 전류발생 패턴을 보면서 구분하였다. 전류가 안정적으로 발생되는 시점을 농화배양이 끝난 시점으로 판단하였으며, 이때 전류는 $0.84{\pm}0.06mA$가 발생되었다. 농화배양이 되어 가는 과정에서 미생물군집 변화를 전기영동(DGGE)에서 확인하여 시간에 따라 새롭게 나타나는 band나 농도가 높아지는 band 17개를 잘라내어 염기서열을 분석하였다. 이 결과 지체기와 대수성장 단계에서는 Clostridium, Rhodocyclaceae, Bacteriodete 그리고 Uncultured bacterium 등이 검출되었고, 정지기에서는 Geobacter sp., Rhodocyclaceae, Candidatus, Nitrospira, Flavobactriaceae, 그리고 Uncultured bacterium 등이 검출되었다. Geobactor의 경우는 이미 전기활성 미생물로 알려져 있는 미생물 종으로 이를 포함하여 이 연구에서 검출된 다른 미생물들 중에도 전기활성이 있는 미생물을 포함하고 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권12호
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• pp.635-640
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• 2016

미생물연료전지(MFC)는 하 폐수내의 유기물로부터 전기를 생산할 수 있는 획기적인 기술이지만, 실용화를 위해서는 하 폐수 내의 질소를 제거할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 두 개의 대면적 SEA (separator electrode assembly)로 구성된 평판형 외기환원전극 미생물연료전지(FA-MFC)를 이용하여 질산화 전배양의 유무와 식종원에 따른 총질소제거율을 평가하였다. 질산화 전배양 단계에서 FA-MFC의 질산화율은 식종원과는 무관하게 99% 이상을 나타냈다. 질산화 및 탈질 단계에서 300 mg-COD/L 이하의 낮은 유기물 농도에서는 전배양을 하지 않은 조건의 총질소제거율이 가장 높았다. 유기물 농도가 증가할수록 더 높은 총질소제거율을 나타냈으며, 유기물제거율은 모든 조건에서 95% 이상을 나타냈지만, 종속영양탈질에만 이용되지는 않은 것으로 판단된다. FA-MFC의 전기 발생량은 매우 낮았지만, 유기물과 질소를 동시에 제거할 수 있다는 장점이 있기 때문에 획기적인 하 폐수처리공법으로 발전시킬 수 있으리라 기대된다.

• 한국습지학회지
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• 제26권1호
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• pp.41-50
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• 2024

식물 미생물 연료전지(P-MFC)는 식물과 근계의 미생물 군집에서 전기를 생성하는 바이오매스 활용 에너지 기술로 지속가능한 환경을 고려하는 자연기반해법의 적정기술이다. 국내 수변공간에 적합한 P-MFC 기술 개발을 위해서는 국제적인 연구 동향에 대한 분석이 선행되어야 할 필요가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Web of Science에서 조회되는 P-MFC 관련 연구논문 총 700편을 대상으로 동시 출현단어 분석 프로그램인 VOSviewer을 사용해 핵심 키워드를 도출하고 연구 동향을 분석하였다. 분석 결과, 첫째, P-MFC 관련 연구는 1998년부터 지속적으로 증가하고 있으며 특히 2010년대 중후반부터 크게 증가 추세에 있다. 국가별 논문 투고 수는 '중국'-'미국'-'인도' 순으로 가장 많았으며 2010년대 이후 P-MFC에 관해 관심이 커지기 시작해 수변공간과 습지 환경이 풍부한 필리핀, 우크라이나, 멕시코 등의 나라에서도 게재 수가 늘어나고 있는 것으로 나타났다. 둘째, 기간별 연구 경향의 경우, 1998년~2015년에는 다양한 환경에서 미생물 연료전지의 성능 검증에 대한 연구가 주를 이루었다. 2016년~2020년에는 미생물 연료전지 사용의 구체적인 조건, P-MFC의 구조 및 발전 방식과 관련된 연구가 주를 이루었다. 2021년~2023년에는 P-MFC 발전 과정의 제약 요소와 효율성 향상을 위한 구체적인 연구가 주로 진행되었다. 본 연구를 통해 파악된 P-MFC 관련 국제적 연구 동향은 향후 국내 수변공간에 적합한 기술 개발 시 유용한 자료로 사용될 수 있을 것이다. 향후 본 연구 외에 세부 분야별 연구 동향 및 수준에 대해서도 추가적인 연구가 필요하며 국내에서 P-MFC 기술의 발전과 활성화를 위해서는 현장 적용성에 대한 연구 확대와 정책, 제도적 개선도 병행되어야 할 것이다.